Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn ổ trượt ứng dụng trong ngành dầu khí trên cơ sở tiêu chuẩn ISO 2009

LỜI CAM ĐOANTôi xin cam đoan bản luận văn này với đề tài “Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn ổ trượt ứng dụng trong ngành Dầu khí trên cơ sở tiêu chuẩn ISO 2009” là do tôi tự thực hiện dưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

BÙI SƠN HẢI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN Ổ TRƯỢT ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH DẦU KHÍ TRÊN CƠ SỞ TIÊU CHUẨN ISO 2009

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

BÙI SƠN HẢI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN Ổ TRƯỢT ỨNG DỤNG

TRONG NGÀNH DẦU KHÍ TRÊN CƠ SỞ TIÊU CHUẨN ISO 2009

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS-TS PHẠM VĂN HÙNG

Hà Nội – Năm 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này với đề tài “Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn ổ trượt ứng dụng trong ngành Dầu khí trên cơ sở tiêu chuẩn ISO 2009” là do tôi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS-TS Phạm Văn Hùng Các

số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực, phù hợp với quy định của pháp luật hiện hành

Ngoài ra, các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối luận văn, tôi xin đảm bảo rằng không sao chép từ bất kỳ công trình nghiên cứu, ứng dụng của người khác Nếu phát hiện có sự sai phạm với điều cam đoan trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Viện Cơ khí, Viện đào tạo sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hà Nội, ngày 26 tháng 3 năm 2012

Học viên thực hiện

Bùi Sơn Hải

LỜI CẢM ƠN

Với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy PGS-TS Phạm Văn Hùng và sự giúp đỡ của các bạn bè đồng nghiệp, em đã hoàn thành luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành cơ khí Chế tạo máy của mình với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn ổ trượt ứng dụng trong ngành Dầu Khí trên cơ

sở tiêu chuẩn ISO 2009”

Em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS-TS Phạm Văn Hùng, các Thầy, Cô trong bộ môn Cơ khí chế tạo máy, Viện Cơ khí, Viện đào tạo Sau Đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã hướng dẫn, giúp đỡ và động viên em hoàn thành luận văn này

Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu, thực hiện khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến góp ý của các quý Thầy - Cô và các bạn để bản luận văn được hoàn thiện hơn và trở thành một tài liệu tham khảo hữu ích cho việc ứng dụng tiêu chuẩn ISO vào trong quá trình sản xuất của các doanh nghiệp

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 9

2 Tính cấp thiết của đề tài 9

3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 10

4 Ý nghĩa của đề tài 10

5 Cấu trúc luận văn 11

CHƯƠNG I:XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH DẦU KHÍ VIỆT NAM 12

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG – THAY THẾ Ổ TRƯỢT 12

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của ngành Dầu khí Việt Nam 12

1.2 Vai trò của Dầu mỏ và Khí đốt trong nền kinh tế Việt Nam 15

1.2.1 Khái niệm về ngành công nghiệp Dầu Khí: 15

1.2.2 Vai trò của Dầu khí trong nền kinh tế quốc dân 16

1.3 Xu hướng phát triển của ngành dầu khí Việt Nam 18

1.4 Cơ sở lý thuyết và nhu cầu sử dụng, thay thế ổ trượt trong ngành dầu khí 21

1.4.1 Cơ sở lý thuyết về ổ trượt-các khái niệm chung 21

1.4.1.1 Công dụng và phân loại 21

1.4.1.2 Phạm vi sử dụng ổ trượt 23

1.4.1.3 Ma sát và bôi trơn ổ trượt 24

1.4.1.3.1 Các dạng ma sát trong ổ trượt: 24

1.4.1.3.2 Nguyên lý bôi trơn thủy động: 25

1.4.1.3.3 Khả năng tải của ổ đỡ: 28

1.4.1.4 Vật liệu bôi trơn 31

1.4.1.4.1 Dầu bôi trơn: 31

1.4.1.4.2 Mỡ bôi trơn và chất rắn bôi trơn 33

1.4.1.4.3 Kết cấu ổ trượt 34

1.4.1.4.4 Vật liệu lót ổ 39

1.4.2 Nhu cầu sử dụng ổ trượt tại liên doanh Việt Nga Vietsovpetro và ngành dầu khí Việt Nam 44

Kết luận chương I 51

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN Ổ TRƯỢT THEO TIÊU CHUẨN ISO VÀ XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN Ổ TRƯỢT CHO NGÀNH CN DẦU KHÍ

VIỆT NAM 52

2.1 Tổng quan về cấu tạo và hoạt động của ổ trượt theo tiêu chuẩn ISO 52

2.1.1 Khái niệm chung: 52

2.1.2 Giới thiệu hệ thống TCVN 52

2.1.3 Ứng dụng Tiêu chuẩn ISO 2009 về ổ trượt để xây dựng TCVN 2009 ứng dụng trong ngành dầu khí 53

A.TCVN 8287 -1: 2009 tương đương ISO 4378-1:2009KẾT CẤU, VẬT LIỆU Ổ VÀ CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU 53

B TCVN 8287 -2: 2009 tương đương ISO 4378-2:2009 MA SÁT VÀ HAO MÒN 70

C TCVN 8287 -3: 2009 tương đương ISO 4378-3:2009BÔI TRƠN 78

D.TCVN 8287-4: 2009 tương đương ISO 4378-4:2009KÝ HIỆU CƠ BẢN 89

Kết luận chương II 101

CHƯƠNG III:KIỂM NGHIỆM ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA Ổ TRƯỢT TRONG NGÀNH DẦU KHÍ THEO TIÊU CHUẨN ISO VÀ TCVN 102

3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán ổ trượt: 102

3.1.1 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán ổ trượt: 102

3.1.1.1 Mòn: 102

3.1.1.2 Dính: 102

3.1.1.3 Mỏi rỗ: 102

3.1.2 Tính toán quy ước ổ trượt: 103

3.1.2.1 Tính theo áp suất cho phép 103

3.1.2.2 Tính theo tích số giữa áp suất với vận tốc trượt 104

3.1.2.3 Tính ổ trượt đỡ bôi trơn ma sát ướt 105

3.1.2.4 Tính toán nhiệt 106

3.2 Trình tự tính toán ổ trượt bôi trơn ma sát ướt 108

3.3 Tính kiểm nghiệm ổ trượt bôi trơn ma sát ướt của bơm ly tâm nhiều tầng Sulzer 110

Kết luận chương III 113

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 114

1 Kết luận: 114

2 Hướng phát triển của đề tài: 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

DANH MỤC CÁC BẢNG, ĐỒ THỊ

1 Bảng 1-1 : Hệ số khả năng tải Ф

2 Bảng 1-2 : Độ nhớt động lực của 1 số loại dầu

3 Bảng 1-3 : Bảng thông kê các loại ổ trượt sử dụng trong Liên Doanh Việt Nga Vietsovpetro năm 2010

4 Bảng 3-1 : Các trị số [p], [v], [pv] của một số loại lót ổ

5 Hình 3-2 : Bảng tra tính độ hở Ψ

6 Bảng 3-3 : Bảng tra tính lưu lượng Q

DANH MỤC HÌNH VẼ

1 Hình 1.1: Các loại ổ trượt

2 Hình 1.2: Kết cấu ổ trượt

3 Hình 1.3: Bôi trơn ma sát trong ổ trượt

4 Hình 1.4: Phân tích bôi trơn trong ổ trượt

5 Hình 1.5: Lực sinh ra trong lớp dầu bôi trơn

6 Hình 1.6: Kết cấu ổ trượt nguyên đơn giản

7 Hình 1.7: Kết cấu ổ trượt ghép thông thường

18 Hình 2.5: Ổ trượt có hốc chứa dầu

19 Hình 2.6: Ổ trượt có hốc chứa dầu

56 Hình 2.43: Góc, chiều rộng, chiều dài mảnh lót

57 Hình 2.44: Khe hở hướng kính nhỏ nhất của ổ trượt trụ không tròn

58 Hình 2.45: Khe hở tương đối của ổ trượt

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong công ngành công nghiệp dầu khí thì sự vận hành an toàn ổn định của các máy móc thiết bị được đặt lên hàng đầu, tuy nhiên việc cải tiến các quy trình bảo dưỡng, kéo dài thời gian làm việc của máy móc thiết bị sẽ nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tiết kiệm vật tư, nhân công sẽ mang lại cho doanh nghiệp lợi nhuận lớn

Để có được các thiết bị, máy móc hoạt động ổn định hiệu quả thì doanh nghiệp phải áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn ISO vào trong các quá trình thiết kế, vận hành, bảo dưỡng Trong những năm gần đây, với chiến lược tăng tốc trong phát triển và hội nhập quốc tế, việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế vào quá trình sản xuất là yếu

tố quan trọng, then chốt để tăng sản lượng, doanh thu và lợi nhuận cho doanh nghiệp Liên Doanh Việt Nga Vietsovpetro(Vietsovpetro) là một trong những đơn

vị đi đầu của Tập Đoàn dầu khí Việt Nam(TĐDK) trong việc áp dụng các tiêu chuẩn ISO vào quá trình sản xuất của mình, với các tiêu chuẩn ISO 9001, ISO

17025 về quản lý, ISO 14001 về môi trường, các tiêu chuẩn ISO 10816 về độ rung thiết bị trong kỹ thuật Việc áp dụng tiêu chuẩn ISO về ổ trượt trong quá trình bảo dưỡng sửa chữa, thay thế các thiết bị quay trong quá trình tìm kiếm thăm dò khai thác dầu khí là bước tiếp theo trong quá trình áp dụng các tiêu chuẩn ISO của Vietsovpetro cũng như của TĐDK

2 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, việc thay thế các thiết bị nói chung và ổ trượt nói riêng tại các đơn

vị trực thuộc Liên Doanh Việt Nga Vietsovpetro cũng như các đơn vị trong Tập Đoàn DKVN thường được thực hiện theo định kỳ hoặc theo khuyến cáo của nhà sản xuất TBM(Time Base Maintenance), điều này có thể đảm bảo các thiết bị luôn trong tình trạng an toàn, nhưng ngược lại dẫn đến chi phí thay thế ngày càng tăng do số lượng năm sau phải thay thế nhiều hơn năm trước Hơn nữa nhiều thiết bị, ổ trượt

vẫn đang hoạt động ổn định, các thông số kỹ thuật vẫn đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép nhưng vẫn thay thế nên rất lãng phí

Để khắc phục tình trạng trên, tác giả luận văn đã mạnh dạn lựa chọn đề tài: Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn ổ trượt ứng dụng trong ngành Dầu Khí trên cơ sở tiêu chuẩn ISO 2009 Việc áp dụng tiêu chuẩn trên có thể cho phép người sử dụng áp dụng phương án bảo dưỡng, sửa chữa thay thế dựa trên tình trạng làm việc của thiết

bị CBM(Condition Base Maintenance) nhằm kéo dài thời gian làm việc của máy móc thiết bị nhưng vẫn đảm bảo an toàn, ổn định mang lại hiệu quả cao cho quá trình sử dụng máy móc và các thiết bị quay trong ngành dầu khí

3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Trong hệ thống các tiêu chuẩn ISO quy định đối với ổ trượt sử dụng trong ngành công nghiệp nói chung và trong ngành dầu khí nói riêng thì có rất nhiều phiên bản Để đi sâu tìm hiểu, phân tích, đánh giá nhằm lựa chọn ổ trượt phù hợp với điều kiện làm việc, tác giả luận văn sử dụng phiên bản ISO 4378: 2009 cho ổ trượt (là cơ sở cho tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8287: 2009) và ISO 7902-1:1998; ISO 7902-2:1998 trong quá trình tính toán Đây là một trong những tiêu chuẩn ISO mới nhất, lần đầu tiên áp dụng tại Việt Nam, với rất nhiều ưu điểm và chủng loại tiêu chuẩn khác nhau

Phương pháp nghiên cứu bao gồm tham khảo các tài liệu hướng dẫn về ổ trượt quy định trong tiêu chuẩn ISO Tập hợp các tài liệu, số liệu về các loại ổ trượt tại các đơn vị trực thuộc Vietsovpetro đã thay thế trong năm 2010 dự đoán nhu cầu cho Tập Đoàn dầu khí Việt Nam Tính toán kiểm nghiệm thực tế ổ trượt của bơm Sulzer

sử dụng tại Vietsovpetro theo tiêu chuẩn ISO 7902-1:1998; ISO 7902-2:1998 để xác định thời điểm thay thế dầu bôi trơn, lót ổ dựa trên các chế độ và môi trường làm việc

4 Ý nghĩa của đề tài

Luận văn đã đưa ra một cái nhìn tổng quan về tiêu chuẩn ISO đối với các loại

ổ trượt, đặc tính kỹ thuật, ưu nhược điểm của từng loại

Luận văn đã trình bày phương pháp tính toán, phân tích để lựa chọn được loại

ổ trượt phù hợp, đặc biệt là về điều kiện, môi trường làm việc khắc nghiệt trong ngành công nghiệp dầu khí (đặc trưng là liên doanh Việt-Nga Vietsovpetro)

Việc áp dụng tiêu chuẩn ISO cho ổ trượt đảm bảo công tác an toàn cho máy móc, thiết bị quay và giảm chi phí thay thế ổ trượt trong bảo dưỡng, sửa chữa nâng cao hiệu quả kinh tế

5 Cấu trúc luận văn

Nội dung luận văn được chia thành 3 chương, cuối luận văn là kết luận chung

và kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo, cụ thể gồm :

Phần mở đầu

Chương I : Xu hướng phát triển của ngành dầu khí Việt Nam, cơ sở lý thuyết

và nhu cầu sử dụng, thay thế ổ trượt

Chương II : Nghiên cứu ứng dụng tiêu chuẩn ổ trượt theo tiêu chuẩn ISO và xây dựng tiêu chuẩn ổ trựơt cho ngành CN dầu khí Việt Nam

Chương III : Kiểm nghiệm điều kiện làm việc của ổ trượt trong ngành dầu khí theo ISO và TCVN

Kết luận chung, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG I:

XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH DẦU KHÍ VIỆT NAM

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG – THAY THẾ Ổ TRƯỢT

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của ngành Dầu khí Việt Nam

Dầu khí là tài nguyên lớn nhất ở thềm lục địa nước ta có tầm chiến lược quan trọng Đến nay, chúng ta đã xác định được nhiều bể trầm tích như các bể Cửu Long, Nam Côn Sơn được đánh giá có triển vọng dầu khí lớn nhất và khai thác thuận lợi Tổng trữ lượng dự báo địa chất của toàn thềm lục địa Việt nam xấp xỉ 10

tỷ tấn dầu quy đổi, trữ lượng khai thác 4 -5 tỷ tấn Trữ lượng khí dự báo khoảng 1.000 tỷ m3 Các bể trầm tích Đông Nam Bộ có xác suất khoan thăm dò bắt gặp dầu khí rất cao Chúng ta đã thăm dò, khai thác mỏ Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng, Ba Vì với trữ lượng lớn, trên 300 triệu tấn dầu thu hồi, tỷ lệ khí đồng hành từ 150 đến 180 m3/1 tấn dầu cho phép đạt sản lượng dầu khai thác ở đây trên 20 triệu tấn/năm

2000 Cùng với sản lượng khai thác ở các mỏ thăm dò có triển vọng khác, có thể dự đoán đến năm 2020 sản lượng dầu khai thác ở thềm lục địa Việt Nam đạt 40 – 50 triệu tấn

Giàn khoan dầu khí trên mỏ Bạch Hổ

Ngày 27-11-1961, Tổng cục Địa chất ra Quyết định số 271- ĐC thành lập Đoàn thăm dò dầu lửa 36 (quen gọi là Đoàn Địa chất 36 hay Đoàn 36), đây là tổ chức đầu tiên có nhiệm vụ tìm kiếm, thăm dò dầu khí của Việt Nam Được sự giúp

đỡ của Liên Xô (cũ), hoạt động của Đoàn 36 ngày càng lớn mạnh, nên ngày

9-10-1969, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 203/CP thành lập Liên đoàn Địa chất 36 trực thuộc Tổng cục Địa chất, có nhiệm vụ xây dựng quy hoạch, kế hoạch và triển khai nghiên cứu tìm kiếm thăm dò dầu khí trong nước, nhất là tập trung ở đồng bằng sông Hồng Tháng 3-1975 đã phát hiện dòng khí thiên nhiên và condensat có giá trị thương mại tại giếng khoan 61 Tiền Hải - Thái Bình Năm

1981, bắt đầu khai thác những mét khối khí đầu tiên của Việt Nam từ mỏ khí Tiền Hải - Thái Bình này

Ngay sau khi Việt Nam thống nhất, ngày 9-8-1975, Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam ra Nghị quyết số 244/NQTW về việc triển khai thăm dò dầu khí trên cả nước Ngày 3-9-1975, Chính phủ ban hành Nghị định số 170/CP thành lập Tổng cục Dầu mỏ và Khí đốt Việt Nam trên cơ sở hợp nhất Liên đoàn Địa chất 36 và một bộ phận thuộc Tổng cục Hoá chất, đánh dấu một giai đoạn phát triển mới của ngành Dầu khí Việt Nam Hoạt động tìm kiếm thăm dò dầu khí được triển khai mạnh mẽ ở cả miền Bắc, miền Nam và ở một số lô thềm lục địa Nam Việt Nam Đã có nhiều phát hiện dầu khí ở trên đất liền và ở thềm lục địa Cùng với sự phát triển của đất nước, tổ chức ngành Dầu khí Việt Nam cũng

có nhiều thay đổi Ngày 9-9-1977, Chính phủ ra Quyết định số 251/CP thành lập Công ty Dầu mỏ và Khí đốt Việt Nam, gọi tắt là Petrovietnam, trực thuộc Tổng cục Dầu mỏ và khí đốt Việt Nam

Ngày 29-5-1995, Chính phủ ban hành Nghị định số 37-CP về tổ chức Tổng công ty Dầu Khí Việt Nam và Quyết định số 330/TTg về việc thành lập Tổng công

ty Dầu mỏ và Khí đốt Việt Nam có tên giao dịch quốc tế là Vietnam Oil and Gas Corporation, viết tắt là Petrovietnam Cơ cấu tổ chức gồm Hội đồng quản trị, Ban

Kiểm soát; Tổng giám đốc và bộ máy giúp việc; các đơn vị thành viên Tổng công

ty

Ngày 29-8-2006, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 199/2006/QĐ-TTg thành lập Công ty mẹ - Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, tên giao dịch quốc tế là Vietnam Oil and Gas Group gọi tắt là Petrovietnam, viết tắt là PVN Tại Quyết định số 198/2006/QĐ-TTg Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án thành lập Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam, tên giao dịch quốc tế là Vietnam National Oil and Gas Group

Năm 2009, năm thứ hai chuyển đổi thành công theo mô hình tập đoàn kinh tế, PetroVietnam về cơ bản đã xây dựng được một ngành công nghiệp dầu khí hoàn chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối, đặc biệt là sự kiện Nhà máy Lọc dầu Dung Quất

đi vào vận hành từ 02/2009 đánh dấu bước phát triển mới của ngành công nghiệp chế biến dầu khí ở Việt Nam

Ngành Dầu khí Việt Nam bước sang một thời kỳ lịch sử mới Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam tập trung triển khai mạnh mẽ, đồng bộ hoạt động dầu khí trong tất cả các lĩnh vực cũng như kinh doanh đa ngành để xứng đáng là tập đoàn kinh tế mạnh của Việt Nam, tiến tới là tập đoàn dầu khí hàng đầu của khu vực Theo dòng thời gian, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam đã không ngừng phát triển, mở rộng hợp tác và kêu gọi đầu tư nước ngoài, tiến hành ký kết nhiều hợp đồng dầu khí dưới nhiều hình thức như PSC, BCC, JOC, JVC,…các thỏa thuận khảo sát địa chấn không độc quyền, thuê các nhà thầu địa chấn tiến hành các khảo sát địa chấn…trên khu vực Biển Đông Các hoạt động dầu khí đã cung cấp các số liệu khoa học để xác định ranh giới thềm lục địa Việt Nam, góp phần khẳng định chủ quyền của nước ta trên Biển Đông theo công pháp quốc tế và mở ra con đường hợp tác, phục vụ mục tiêu duy trì hòa bình, ổn định và hữu nghị giữa các nước trong khu vực

1.2 Vai trò của Dầu mỏ và Khí đốt trong nền kinh tế Việt Nam

1.2.1 Khái niệm về ngành công nghiệp Dầu Khí:

Để nhận thức sâu hơn về dầu khí và vai trò của nó, xin trình bày vài nét cơ bản

về ngành công nghiệp dầu khí

Trước hết, ngành công nghiệp dầu khí là một ngành mang tính tổng hợp và đa dạng cao Chuỗi hoạt động của công nghiệp dầu khí bao gồm: khâu đầu (thượng nguồn), khâu giữa (trung nguồn) và khâu sau (hạ nguồn)

™ Khâu đầu bao gồm các hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí Khâu này sử dụng tổng hợp tri thức và công nghệ của một loạt chuyên ngành như: địa chất, địa vật lý, địa hóa, khoáng sản, khoan, khai thác, … thuật ngữ khâu đầu trong tiếng anh – Upstream – dòng đi lên, có nghĩa kết quả của khâu này là đưa được dòng dầu khí lên miệng giếng khoan khai thác bao gồm các hoạt động thăm dò và khai thác dầu khí

™ Khâu giữa bao gồm các hoạt động vận chuyển, tàng trữ dầu khí Khâu này liên quan đến các công nghệ đường ống, tàu chứa, bồn chứa, cầu cảng, …

™ Khâu cuối – Downstream – gồm các hoạt động xử lý, chế biến, kinh doanh

và phân phối các sản phẩm dầu khí Dầu mỏ và khí thiên nhiên, khai thác được mới chỉ là nguyên liệu, muốn có các sản phẩm trực tiếp sử dụng trong đời sống và trong các ngành công nghiệp cần phải xử lý, chế biến chúng Sau khi xử lý, chế biến, công việc tiếp theo là maketting, phát triển thị trường, xây dựng mạng lưới phân phối các sản phẩm đó

Công nghiệp dầu khí là ngành công nghiệp có công nghệ cao, tiến bộ kỹ thuật trong các lĩnh vực thăm dò, khoan, khai thác, xây dựng công trình biển, … có nhiều bước nhảy vọt Hiện nay, công nghệ thăm dò địa chấn cho phép thu tín hiệu 4 chiều, công nghệ khoan cho phép khoan ngang, thậm chí khoan theo các nhánh hình xương cá và khoan vùng nước sâu hàng ngàn mét Kỷ lục khoan ở vùng nước sâu hiện nay là 2.444 m (giếng RJF538 rìa đông mỏ Máclin) và kỷ lục khai thác nước sâu là 1853m (mỏ Ronkadon) đều của công ty dầu khí quốc gia Braxin Petrobras

Có thể nói ngành dầu khí trên thế giới đang sử dụng những công nghệ hiện đại nhất trong tất cả các lĩnh vực và đang là ngành dẫn đầu trong phát triển và ứng dụng các công nghệ ngày càng tiên tiến hơn

1.2.2 Vai trò của Dầu khí trong nền kinh tế quốc dân

Dầu khí được gọi là “vàng đen”, đóng vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế toàn cầu

Dầu khí mang lại lợi nhuận siêu sạch khổng lồ cho các quốc gia và dân tộc trên thế giới đang sở hữu và tham gia trực tiếp kinh doanh nguồn tài nguyên này

Hiện nay, trong cán cân năng lượng, dầu khí vẫn giữ vai trò quan trọng nhất so với các dạng năng lượng khác Cùng với than đá, dầu khí chiếm tới 90% tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu

Không ít các cuộc chiến tranh, khủng hoảng kinh tế và chính trị có nguyên nhân sâu xa từ các hoạt động cạnh tranh, sản xuất kinh doanh trong lĩnh vực dầu khí

Không phải ngẫu nhiên mà giá cổ phiếu của các công ty SXKD dầu khí biến động tùy thuộc rất lớn vào những kết quả tìm kiếm, thăm dò của chính các công ty

đó trên thế giới Lợi dụng hiện tượng biến động này, không ít những thông tin không đúng sự thật về các kết quả thăm dò dầu khí được tung ra làm điêu đứng những nhà đầu tư chứng khoán trên lĩnh vực này, thậm chí khuynh đảo cả quyết sách của các quốc gia

Đối với nước ta, vai trò và ý nghĩa của dầu khí càng trở nên quan trọng trong thời kỳ đẩy mạnh sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa

Không chỉ là vấn đề thu nhập đơn thuần, trong những năm qua, dầu khí đã đóng góp phần đáng kể vào ngân sách quốc gia, làm cân đối hơn cán cân xuất nhập khẩu thương mại quốc tế, góp phần tạo nên sự phát triển ổn định nước nhà trong những năm đầu đầy khó khăn của thời kỳ đổi mới

Hơn thế nữa, sự ra đời của ngành dầu khí đánh dấu một sự kiện lớn trong lịch

sử phát triển nền kinh tế quốc dân Việt Nam – Ngành kinh tế hoàn toàn mới – Ngành công nghiệp dầu khí Trên một ý nghĩa nhất định, từ thế bị động ta đã chuyển sang thế chủ động trong việc thu hút vốn đầu tư, tiếp thu công nghệ hiện đại của nước ngoài, phát triển ngành nghề dịch vụ, giải quyết công ăn, việc làm

Đặc biệt, rồi đây lĩnh vực chế biến dầu khí phát triển, ngành dầu khí có thể chủ động đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu, nhất là nguyên liệu sản xuất sợi tổng hợp cho ngành công nghiệp dệt may, phân đạm, chất nổ, chất dẽo, nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác như: dầu nhờn, nhựa đường, chất tổng hợp, … Theo đó, sự phát triển của lĩnh vực hạ nguồn sẽ góp phần đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành dầu khí Việt Nam

Kể từ ngày 27 tháng 11 năm 1961 khi đoàn địa chất 36 trực thuộc Tổng cục địa chất được thành lập cho đến nay, ngành dầu khí đã có những bước tiến vượt bậc trong hoạt động của mình, đã xây dựng được một ngành dầu khí khá hoàn chỉnh bao gồm 5 lĩnh vực quan trọng, nòng cốt là tìm kiếm, thăm dò và khai thác dầu khí; Chế biến dầu; Công nghiệp khí; Công nghiệp điện và Dịch vụ kỹ thuật dầu khí Chỉ

tính riêng năm 2011, PVN đạt sản lượng khai thác 23,91 triệu tấn dầu quy đổi, doanh thu đạt 675,3 nghìn tỷ đồng, nộp ngân sách nhà nước đạt 160,8 nghìn tỷ đồng, chiếm tới 70% tổng nộp ngân sách của các công ty, tập đoàn nhà nước Đây

là con số cực kỳ có ý nghĩa trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang gặp khó khăn

1.3 Xu hướng phát triển của ngành dầu khí Việt Nam

Trong chiến lược phát triển ngành Dầu khí Việt Nam đến năm 2015, tầm nhìn 2025 là phát triển ngành Dầu khí đồng bộ, bao gồm các hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, tàng trữ, phân phối, dịch vụ và xuất, nhập khẩu

Về tìm kiếm, thăm dò (TKTD) dầu khí sẽ gia tăng trữ lượng đạt 35-45 triệu tấn quy dầu/năm trong giai đoạn 2011 – 2015; trong đó: trong nước 25 – 30 triệu tấn quy dầu/năm, ngoài nước 10 – 15 triệu tấn quy dầu/năm

Trong khai thác dầu khí sẽ tập trung nghiên cứu các giải pháp nâng cao hệ số thu hồi dầu và duy trì mức sản lượng khai thác dầu khí tối ưu, đảm bảo an toàn và hạn chế nguy cơ bị ngập nước của các mỏ đang khai thác; tích cực mở rộng hoạt động đầu tư khai thác dầu khí ra nước ngoài Phấn đấu khai thác 25-38 triệu tấn quy dầu/năm, trong đó: khai thác dầu thô giữ ổn định ở mức 18-20 triệu tấn/năm và khai thác khí 8-19 tỉ m³/năm

Giai đoạn 2011-2015, phấn đấu duy trì khai thác khoảng 20 mỏ dầu khí với sản lượng khai thác dầu dự kiến trong nước hàng năm từ 18 – 19 triệu tấn và khí từ 9 –

14 tỉ m3

Định hướng giai đoạn 2016 – 2025 khai thác quy dầu đạt 40 – 45 triệu tấn quy dầu/năm, trong đó sản lượng dầu khai thác trong nước khoảng 12 – 16 triệu tấn/năm Sản lượng dầu khai thác ở nước ngoài đạt khoảng 7 – 14 triệu tấn/năm Sản lượng khai thác khí đạt 15 – 19 tỉ m3/năm

Về công nghiệp chế biến dầu khí, đến năm 2015 xây dựng xong 3 – 5 nhà máy lọc hóa dầu (NMLHD) với tổng công suất lọc khoảng 26 – 32 triệu tấn/năm, xây dựng và đưa vào vận hành từ 1 – 2 tổ hợp hóa dầu sản xuất các sản phẩm hóa dầu cơ bản Đến năm 2025 hoàn thành việc mở rộng và xây dựng xong 6 – 7 NMLHD với tổng công suất lọc dầu 45 – 60 triệu tấn/năm, đáp ứng được khoảng 50% nhu cầu sản phẩm hóa dầu cơ bản

Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Triển khai xây dựng, đưa vào vận hành các tổ hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn, Long Sơn, Nam Vân Phong, các nhà máy lọc dầu Vũng Rô, Cần Thơ với tổng công suất chế biến trên 32 triệu tấn/năm Mở rộng công suất các NMLHD Nghi Sơn và Long Sơn với công suất mỗi nhà máy là 20 triệu tấn/năm; dự kiến xây dựng mới hoặc nâng cấp mở rộng các nhà máy hiện có (1-2 nhà máy) với cấu hình chế biến sâu nhằm đảm bảo yêu cầu an ninh năng lượng quốc gia về sản phẩm nhiên liệu và

đa dạng hoá chủng loại sản phẩm đáp ứng nhu cầu về nguyên liệu cho hoá dầu, nhựa đường và các sản phẩm có giá trị cao như dầu nhờn, dung môi, nhiên liệu sinh học…

Đối với các nhà máy hóa dầu, gắn các dự án hoá dầu với các dự án lọc dầu, hình thành các tổ hợp, liên hợp lọc hoá dầu, nâng cao giá trị chế biến, hiệu quả đầu

tư và sử dụng tối ưu cơ sở hạ tầng và các hạng mục phụ trợ

Giai đoạn đến năm 2015 vận hành an toàn nhà máy đạm Phú Mỹ với công suất tối ưu và phát triển chiều sâu chế biến các sản phẩm hóa dầu khác; hoàn thành xây dựng nhà máy Đạm Cà Mau Triển khai xây dựng tổ hợp Hoá dầu Dung Quất (Quảng Ngãi), Tổ hợp Hoá dầu Long Sơn (Bà Rịa-Vũng Tàu), Tổ hợp hóa dầu Hòa Tâm (Phú Yên), Nhà máy xơ sợi PET (Hải Phòng) Giai đoạn 2016-2025 hoàn thành xây dựng Tổ hợp Hóa dầu Nghi Sơn (Thanh Hóa), mở rộng công suất các tổ hợp hóa dầu Dung Quất, Long Sơn, Hòa Tâm; xây dựng mới một số tổ hợp hóa dầu hoặc các nhà máy hóa dầu từ nguyên liệu khí thiên nhiên ở những vùng thích hợp trên cơ sở nguồn nguyên liệu và các điều kiện cơ sở hạ tầng phù hợp

Với chiến lược phát triển ngành Dầu khí Việt Nam đến năm 2015 và định hướng đến năm 2025 đã được Bộ Chính trị kết luận và Thủ tướng Chính phủ phê duyệt; với mục tiêu tổng quát là: “Phát triển ngành Dầu khí trở thành ngành kinh tế

- kỹ thuật quan trọng, đồng bộ, bao gồm: tìm kiếm, thăm dò, khai thác, vận chuyển, chế biến, tàng trữ, phân phối, dịch vụ và xuất, nhập khẩu Xây dựng Tập đoàn Dầu khí mạnh, kinh doanh đa ngành trong nước và quốc tế”;

Các chỉ tiêu kế hoạch chủ yếu:

- Gia tăng trữ lượng 35-45 triệu tấn quy dầu/năm

- Tổng sản lượng khai thác 5 năm là 137,6 triệu tấn quy dầu, trong đó: sản lượng dầu( cả trong và ngoài nước) là 91,4 triệu tấn; sản lượng khí là 46,2 tỷ m3

- Cung cấp cho nhu cầu tiêu thụ khí 5 năm là 43,9 tỷ m3 khí khô; 1,54 triệu tấn LPG(Dinh Cố); 400 nghìn tấn condensate (Dinh Cố)

- Sản lượng điện sản xuất 5 năm là 137 tỷ kWh Công suất lắp đặt khoảng 9,0 nghìn

MW (vào năm 2015)

- Sản lượng phân bón sản xuất 5 năm là 7,6 triệu tấn

- Sản Lượng sản phẩm chế biến dầu khí 52 triệu tấn

- Sản lượng sản phẩm hóa dầu 1,77 triệu tấn

- Sản lượng sản phẩm NLSH 1,12 triệu tấn

- Sản lượng sản phẩm Xơ sợi 743 nghìn tấn

- Tốc độ tăng trưởng trung bình lĩnh vực dịch vụ dầu khí là 20% /năm

- Tổng nhu cầu vốn đầu tư: 74,63 tỷ USD

- Trong đó, Tập đoàn thu xếp: 22,82 tỷ USD

+ Vốn chủ sở hữu: 6,85 tỷ USD

+ Vốn vay: 15,97 tỷ USD

- Năng suất lao động: 11-17 tỷ VNĐ/người/năm

- Hệ số hiệu quả đầu tư tăng trưởng trung bình (ICOR): 0,6

- Giải quyết việc làm cho 17,5 nghìn lao động mới trong 5 năm (trung bình là 2-3 nghìn người/ năm), đảm bảo mức thu nhập trung bình đạt 15 triệu

đồng/người/tháng, năng suất lao động trung bình đạt 9-14 tỷ đồng/người/năm Với xu hướng phát triển như trên chúng ta có thể thấy sự phát triển rất lớn đa ngành với số vốn khổng lồ của ngành dầu khí Việt Nam, trong đó chi phí cho vận hành bảo dưỡng các máy móc thiết bị chiếm một phần không nhỏ Việc áp dụng tiêu chuẩn ISO về ổ trượt trong ngành dầu khí sẽ góp phần nâng cao hiệu quả khi vận hành sửa chữa thiết bị dầu khí và mang lại nguồn lợi lớn

1.4 Cơ sở lý thuyết và nhu cầu sử dụng, thay thế ổ trượt trong ngành dầu khí

1.4.1 Cơ sở lý thuyết về ổ trượt-các khái niệm chung

1.4.1.1 Công dụng và phân loại

Ổ trục được dùng để đỡ các trục quay Ổ trục chịu tác dụng của các lực đặt trên trục và truyền các lực này vào thân máy, bệ máy Nhờ có ổ trục, trục có vị trí nhất định trong máy và quay tự do quanh moat đường tâm đã định

Theo dạng ma sát trong ổ, chia ra: ổ ma sát trượt, gọi tắt là ổ trượt và ổ ma sát lăn gọi là ổ lăn

Ổ trục có thể chịu lực hướng tâm, lực dọc trục hoặc chịu vừa lực hướng tâm vừa lực dọc trục Ổ chịu lực hướng tâm gọi là ổ đỡ, Ổ chịu lực dọc trục gọi là ổ đỡ chặn

Ổ trượt: Bề mặt làm việc của ổ trượt cũng như của ngỗng trục có thể là mặt trục (hình 1.1 a), mặt phẳng (hình 1.1e), mặt côn (hình 1.1d) hoặc mặt cầu (hình 1.1b)

Hình 1.1: Các loại ổ trượt

Ổ trượt chặn thường làm việc phối hợp với ổ trượt đỡ (hình 1.1e) là ổ trượt chịu được lực hướng tâm Phần lớn các ổ trượt đỡ (hình 1.1a, c) có thể chịu tải trọng dọc trục nhỏ nhờ các vai trục và góc lượn tỳ vào mép ổ được vát tròn

Ổ trượt có bề mặt côn ít dùng, chỉ trong những trường hợp cần đỉều chỉnh khe hở do mòn ổ Ổ cầu cũng ít gặp Dùng loại ổ này trục có thể nghiêng tự do

Khi trục quay, giữa ngỗng trục và ổ có trượt tương đối, do đó sinh ra ma sát trượt trên bề mặt làm việc của ngỗng trục và ổ

Hình 1.2 : Kết cấu ổ trượt

Hình 1.2 trình bày kết cấu 1 ổ trượt đơn giản, gồm thân ổ 1, lót ổ 2, rãnh dầu

3 Lót ổ là bộ phận chủ yếu của ổ Lót ổ được làm bằng vật liệu có hệ số ma sát thấp

- Trục có đường kính khá lớn (đường kính ≥ 1m), trong trường hợp này nếu dùng ổ lăn, phải tự chế tạo lấy rất khó khăn

- Khi cần phải dùng ổ ghép để dễ lắp, tháo (thí dụ đối với trục khuỷu)

- Khi ổ phải làm việc trong những điều kiện đặc biệt (trong nước, trong các môi trường ăn mòn v.v…), vì có thể tạo ổ trượt bằng những vật liệu như cao su, gỗ, chất dẻo v.v…thích hợp trong môi trương

- Khi có trọng tải va đập và dao động; ổ trượt làm việc tốt nhờ khả năng giảm chấn của màng dầu;

- Trong các cơ cấu có vận tốc thấp, không quan trọng, rẻ tiền

1.4.1.3 Ma sát và bôi trơn ổ trượt

1.4.1.3.1 Các dạng ma sát trong ổ trượt:

Ma sát và bôi trơn có tác dụng quyết định khả năng làm việc của ổ trượt Nếu công suất mất mát do ma sát quá lớn, nhiệt sinh nhiều, có thể gây nên hiện tượng đối giữa ngỗng trục và lót ổ, nếu bôi trơn không tốt, ngỗng trục và lót ổ sẽ bị mòn nhanh, ổ không dùng được nữa

Hình 1.3: Bôi trơn ma sát trong ổ trượt

Để giảm ma sát và mài mòn, cần bôi trơn ổ

Tùy theo điều kiện bôi trơn ổ, có các dạng ma sát: ướt, nửa ướt, nửa khô và khô

Ma sát ướt: Ma sát ướt sinh ra khi bề mặt ngỗng trục và ổ được ngăn cách bởi lớp bôi trơn, có chiều dày lớn hơn tổng số độ mấp mô bề mặt(hình 1.3)

h > RZ1 + RZ2 (1-1) Nhờ có lớp dầu ngăn cách, ngỗng trục và lót ổ không trực tiếp tiếp xúc với nhau, do đó không bị mài mòn

Trong chế độ bôi trơn ma sát ướt, chuyển động tương đối giữa ngỗng trục và lót ổ bị cản trỡ nội ma sát của lớp bôi trơn Hệ số ma sát ướt khoảng 0,001 ÷ 0,008 (trị số này có khi nhỏ hơn hệ số ma sát lăn)

Ma sát nửa ướt: Khi điều kiện(1-1) không được thỏa mãn, nghĩa là lớp bôi trơn không đủ ngập mấp mô bề mặt, thì có ma sát nửa ướt Trị số hệ số ma sát ướt không những phụ thuộc chất lượng dầu bôi trơn mà còn phụ thuộc vật liệu bề mặt

ngỗng trục và lót ổ Đối với những loại vật liệu giảm ma sát thường dùng, hệ số ma sát có giá trị vào khoảng từ 0,01 đến 0,1

Khi làm việc trong chế độ bôi trơn ma sát nửa ướt, ngỗng trục và lót ổ bị mài mòn

Ma sát khô và nửa khô Ma sát khô và nửa khô xảy ra khi các bề mặt làm việc không được bôi trơn

Ma sát khô là ma sát giữa các bề mặt tuyệt đối sách trực tiếp tiếp xúc với nhau Hệ số ma sát khô cao hơn các hệ số ma sát khác (có thể lớn hơn 1), thường bằng 0,4 ÷ 1

Trong thực tế, dù được làm sách rất cẩn thận, trên các bề mặt làm việc bao giờ cũng có mảng mỏng khí, hơi ẩm hoặc mỡ, hấp thụ từ môi trường xung quanh

Ma sát giữa các bề mặt có màng hấp phụ, khi chúng trực tiếp tiếp xúc với nhau, gọi

là ma sát nửa khô Tuy bề mặt của màng hấp phụ chỉ bằng vải phần mười nanômét*, nhưng có tác dụng làm giảm hệ số ma sất khá nhiều Hệ số ma sát nửa khô vào khoảng 0,1 ÷ 0,3

Khi ma sát nửa khô (hoặc khô) các bề mặt làm việc bị mài mòn nhanh

Như vậy, ổ trượt làm việc tốt nhất khi được bôi trơn ma sát ướt

Để thực hiện chế độ bôi trơn ma sát ướt có thể dùng các phương pháp:

- Bôi trơn thủy tĩnh: Bơm vào ổ dầu có áp suất cao, để có thể nâng ngỗng trục Phương pháp này đòi hỏi phải có thiết bị nén (tạo áp suất) và dẫn dầu rất phiền phức

- Bôi trơn thủy động: Tạo những điều kiện nhất định để dầu theo ngỗng trục

và khe hở, gây nên áp suất thủy động cân bằng với tải trọng ngoài Phương pháp bôi trơn thủy động được dùng nhiều hơn

1.4.1.3.2 Nguyên lý bôi trơn thủy động:

Giả thiết có hai tấm phẳng 1 và 2 nghiêng với nhau một gốc nào đó, chuyển động với vận tốc tương đối v(hình 1.4) Kích thước các tấm theo phương vuông góc với hình vẽ được coi như lớn vô cùng Lớp bôi trơn nên giữa hai tấm có độ nhớt động lực µ Khi tấm 1 chuyển động so với tấm 2, lớp dầu dính vào bề mặt tấm bị kéo theo và nhờ có độ nhớt, các lớp dầu ở phía dưới cũng chuyển động theo Dầu bị dồn vào phần hẹp của khe hở và bị nén lại, tạo nên áp suất(áp suất dư)

Hình 1.4: Phân tích bôi trơn trong ổ trượt

Sự thay đổi áp suất trong lớp dầu nằm giữa hai tấm (gọi là chêm dầu, vì có hình dạng giống như cái chêm) được xác định theo phương trình Râynôn

3

6

h

h h v dx

dp= µ − m (1-2)

Trong đó hm – trị số khoảng hở tại tiết diện chịu áp suất lớn nhất;

h - trị số khoảng hở tại tiết diện có tọa độ x

Xét một phân tố dầu, có kích thước dx x dy x 1(hình 1-4) Trục x được lấy theo phương của chuyển động, trục y vuông góc với trục x

Vì có chuyển động tương đối giữa các lớp dầu trong khe hở nên sinh ra lực cản trượt Theo định luật Niutơn lực cản trượt trên một đơn vị diện tích

dp= τ

Ta có thể viết:

dx

dp dy

Giải phương trình, chú ý các điều kiện biên: tại bề mặt tấm đứng yên y = 0,

vx = 0 và tại bề mặt tấm chuyển động y = h, vx = v; tìm được vận tốc (theo phương x) của lớp dầu có tung độ y

dx

dp h y y h

y v

2 − +

=

µ (1-5) Thể tích dầu chảy qua khoảng hở có chiều cao h và chiều rộng bằng 1 đơn vị trong thời gian 1 giây

dx

dp h hv dy v q

h

o

12 2

122

dx

dp h

= µ

Đồ thị biến thiên áp suất (dư) trong lớp dầu được trình bày trên hình (1-4)

Áp suất dầu (áp suất dư) tại cửa vào và cửa ra tất nhiên là bằng số không Áp suất cực đại tại tiết diện có h=h m, lúc này = 0

- Giữa hai bề mặt trượt phải tạo khe hở hình chêm

- Dầu phải có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở

- Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt trượt phải có phương, chiều thích hợp và trị số đủ lớn để áp suất sinh ra trong lớp dầu có đủ khả năng cân bằng với tải trọng ngoài

12µ

Nếu kết cấu của ỗ trượt không có khe hở hình chêm( như đối với loại ổ chặn trên hình 1e, f ) không thể tạo nên ma sát ướt bằng phương pháp bôi trơn thủy động được

Đối với các ổ đỡ, khe hở hình chêm vốn đã được tạo sẵn bởi kết cấu (đo đường kính ngỗng trục nhỏ hơn đường kính ổ và tâm ngỗng trục nằm lệch so với tâm của ổ)

1.4.1.3.3 Khả năng tải của ổ đỡ:

Khả năng tải của ổ đỡ bôi trơn thủy động được xác định trên cơ sở phương trình Râymôn(1-2)

Giả sử ngỗng trục chịu tải trọng Fr, khi chưa quay ngỗng trục tiếp xúc trực tiếp với lót ổ Vì đường kính ngỗng trục bao giờ cũng nhỏ hơn đường kính lót ổ, cho nên giữa ngỗng trục và lót ổ có khe hở và tâm O của ngỗng trục cuốn dầu vào khoảng hẹp dần giữa ngỗng trục và lót ổ, dầu bị ép và có áp suất lớn, ngỗng trục được nâng hẳn lên: tải trọng Fr được cân bằng với áp lực sinh ra trong lớp dầu (hình 1-5) Ổ trượt lúc này làm việc với chế độ bôi trơn ma sát ướt

Để tính toán, ta dùng các ký hiệu sau đây:

d

ψ = − = - độ hở tương đối

Trong đó D – đường kính ló ổ; d – đường kính ngỗng trục

Vị trí của ngỗng trục trong ổ được đặc trưng bởi độ lệch tâm tuyệt đối e và

độ lệch tâm tương đối x

δδ

e e

2 / =

=

Hình 1-5: Lực sinh ra trong lớp dầu bôi trơn Chiều dày nhỏ nhất của hai lớp dầu (hình 1-5)

) 1 ( 2 2

h =δ =δ − (1-7) Chiều dày của lớp dầu tại tiết diện ứng với góc ϕ

) cos 1

( 2

cos

= e h

Chiều dày của lớp dầu tại tiết diện ứng với góc ϕ0,có p= pmax

) cos 1

( 2

χ

ϕχϕ

χψ

ω

) cos 1

(

) cos 1

( ) cos 1

( 6

+

+

− +

=

ϕϕ

χ

ϕϕ

χψ

6

n d

ω vận tốc góc của ngỗng trục (n là số vòng quay trong 1 phút)

Áp suất pϕ tại tiết diện ứng với góc ϕ

∫

=ϕ

ϕ ϕ

1

dp p

Khả năng tải của lớp dầu trong ổ, nghĩa là tải trọng hướng tâm Fr mà lớp dầu

có thể chịu được, được xác định bằng tích phân hình chiếu của áp suất pϕ lên phương của tải trọng ngoài (miền tích phân là miền có áp suất thủy động choán cung từ ϕ1đến ϕ2 và có chiều dài là chiều l của ổ)

cos 1

(

) cos (cos

ϕϕ

χ

φ là hàm số của vị trí ngỗng trục trong ổ, gọi là hệ số khả năng tải của ổ

Hệ số khả năng tải φ không có thứ nguyên, tìm được bằng phương pháp tích phân

đồ thị

Khi lập công thức để tính khả năng tải của lớp dầu, ta giả thiết rằng chiều dài của ổ là vô hạn, nên dầu không bị chảy ra hai đầu ổ Trên thực tế, chiều dài ổ có hạn, do đó phải xét đến hiện tượng dầu chảy ra hai đầu ổ và tiến hành điều chỉnh trong tính toán Phụ thuộc vào chiều dài tương đối

d

l

và độ lệch tâm tương đối χcủa ổ, có xét đến đặc điểm chiều dài ổ có hạn (dầu bị chảy ra ngoài) và trong trường hợp ϕ2 −ϕ1= 1800 (chêm dầu choán một nửa cung tròn)

07 , 1

φ= p 2 (1-10)

hở của ổ Tuy nhiên, các biện pháp này làm tăng thêm ma sát và nhiệt trong ổ

1.4.1.4 Vật liệu bôi trơn

Theo trạng thái vật lý, có thể chia các vật liệu bôi trơn ra làm ba loại: dầu bôi trơn, mỡ bôi trơn và chất rắn bôi trơn

1.4.1.4.1 Dầu bôi trơn:

Dầu bôi trơn là vật liệu bôi trơn chủ yếu Dầu bôi trơn có các loại: dầu khoáng, dầu động vật, dầu xương, dầu cá…) và dầu thực vật (dầu gai, dầu thầu dầu ), trong đó dầu khoáng được dùng nhiều nhất Dầu động vật và dầu thực vật bôi trơn rất tốt, dễ thực hiện ma sát ướt nhưng dễ biến chất và giá đắt nên ít dùng Tuy nhiên đển tăng thêm chất lượng bôi trơn, người ta pha thêm vào dầu khoáng một ít dầu động vật hoặc thực vật

Dầu bôi trơn có hai tính chất quan trọng nhất là độ nhớt và tính năng bôi trơn

Độ nhớt Độ nhớt hoặc ma sát trong của chất lỏng là khả năng cản trượt của lớp này đối với lớp khác trong chất lỏng Trong điều kiện ma sát ướt, độ nhớt và nhân tố quan trọng nhất, quyết định khả năng tải của lớp dầu

Độ nhớt động lực µ được dùng trong các tính toán về bôi trơn thủy động

Độ nhớt động lực có đơn vị là Niutơn giây trên mét vuông (Ns/m2) Ns/m2 là độ nhớt động lực của một chất đồng tính, đẳng hướng, chảy tầng khi giữa hai lớp phẳng song song với dòng chảy cách nhau 1 mét có hiệu vận tốc (vận tốc tương đối) 1m/s và trên bề mặt các lớp đó xuất hiện ứng suất tiếp 1 N/m2 1/10 Ns/m2 được coi

là poazơ (ký hiệu P) trong thực tế thường dùng centipoazơ, ký hiệu là cP

100

m Ns P

Trong sản xuất dầu bôi trơn, thường dùng độ nhớt động v, xác định theo thời gian chảy (nhờ trọng lượng bản thân) của một khối lượng dầu nhất định qua ống nhỏ giọt Vì vậy, độ nhớt động phụ thuộc vào mật độ: nó là tỷ số giữa độ nhớt động lực của mật độ (khối lượng riêng) Đơn vị của độ nhớt động là m2/s là độ nhớt động của một chất có độ nhớt động lực 1Ns/m2 và khối lượng riêng 1kg/m3 Trong thực

tế gọi 10-4m2/s là stốc (ký hiệu: St) và thường dùng centistốc

)/10100

1

1

s m St

cSt= = − Như vậy giữa độ nhớt động lực ( / 2)

m Ns

µ và độ nhớt động v(m2/s) có liên hệ

µ =γt.v (1-11)

Trong đó: khối lượng riêng γt của dầu ở nhiệt độ t0C được tính bằng kg/m3

Khi nhiệt độ thay đổi độ nhớt cũng thay đổi: nhiệt đô càng tăng độ nhớt càng giảm Có thể tính gần đúng độ nhớt µt ở nhiệt độ t khi đã biết độ nhớt µto ở nhiệt

độ t0 theo công thức

m o to t

Tính năng bôi trơn của dầu là yếu tố có ý nghĩa quyết định trong trường hợp không thể thực hiện được bôi trơn ma sát ướt Tính năng bôi trơn là khả năng dầu

có thể tạo thành màng bôi trơn có sức cản trượt thấp, hấp thụ vững chắc bề mặt ngỗng trục và ổ lót Nhờ có tính năng bôi trơn nên dầu có thể làm giảm ma sát và mài mòn khi ổ làm việc với chế độ ma sát bôi trơn nửa ướt hoặc nửa khô

Các loại dầu bôi trơn thường dùng trong chế tạo máy và dầu công nghiệp nhẹ như dầu vêlôxit, dầu vadơlin, dầu phân li, dầu công nghiệp trung bình như dầu công nghiệp 12, 20, 30, 45 hoặc 50, dầu tua bin 22, 30, 46 hoặc 57 (các chỉ số chỉ độ nhớt động trung bình, cSt, ở 590C), dầu công nghiệp nặng như dầu xi lanh 11, 24 v.v…(các chỉ số chỉ độ nhớt trung bình, cSt, ở 1000C)

Để bôi trơn ổ trượt cũng dùng các loại dầu trên Khi ngỗng trục quay với tốc

độ cao cần chọn dầu có độ nhớt thấp, khi tải trọng tác dụng lên ổ lớn cần chọn dầu

có độ nhớt cao Nếu dùng dầu không đủ độ nhớt, ổ sẽ chóng bị mòn hỏng, nếu dòng dầu có độ nhớt động quá cao sẽ tăng mất mát công suất do ma sát

Bảng 1-2: Độ nhớt động lực của 1 số loại dầu 1.4.1.4.2 Mỡ bôi trơn và chất rắn bôi trơn

Mỡ bôi trơn là hỗn hợp của dầu khoáng (thường là dầu công nghiệp 20, 30, 45)và chất làm đặc Mỡ bôi trơn chủ yếu dùng để giảm ma sát, chống ăn mòn và có tác dụng che kín Ma sát tĩnh của mỡ tương đối lớn nên lúc mở máy cần có mômen lớn hơn so với trường hợp dùng dầu bôi trơn Tuy nghiên khi trục quay mỡ máy làm việc cũng tương tự như dầu và khi trục dừng, mỡ lại không bị chảy ra ngoài

Mỡ thường dùng ở:

- Các ổ không được che kín hoặc khó che kín

- Các ổ cần che rất kín (ví dụ ổ trục trong máy dệt)

- Các ổ khó tra dầu thường xuyên

Chất rắn bôi trơn chủ yếu là grafit và côlôit và sibunfua môlipđen Chúng được dùng trong những trường hợp không thể đảm bảo bôi trơn ma sát ướt một cách bình thường Thường người ta trộn chất rắn bôi trơn với dầu, mặc dù không có dầu chúng vẫn có tác dụng bôi trơn tốt

1.4.1.4.3 Kết cấu ổ trượt

Ổ chủ yếu gồm có thân, ổ, lót ổ, ngoài ra còn bộ phận cho dầu và bộ phận bảo vệ

Thân ổ có thể làm liền với khung máy hoặc có thể chế tạo riêng bằng đúc hoặc hàn và ghép vào trong máy Thân ổ được chế tạo thành một thể nguyên hoặc chế tạo thành phần rời, thường là hai nửa, rồi ghép lại với nhau (ổ ghép)

Hình 1-6: Kết cấu ổ trượt nguyên đơn giản

Ổ nguyên chế tạo đơn giản và có độ cứng lớn hơn ổ ghép (xem hình 1-6)

Hình 1-2 ở phần trước trình bày kiểu ổ nguyên thường dùng nhất: thân ổ 1 thường làm bằng gang hoặc bằng thép; lót ổ 2 làm bằng vật liệu gỉam ma sát, lót ổ được ép vào lỗ của thân ổ; trên lót ổ có rãnh dầu 3 Phía trên thân có lỗ cho dầu Thân ổ ghép vào thân máy bằng bu lông

Ổ nguyên có các nhược điểm sau:

- Khi khe hở giữa ngỗng trục và ổ quá lớn (do mòn), không thể điều chỉnh để giảm khe hở được

- Ngỗng trục chỉ có thể lắp từ ngoài mút vào, do đó khi lắp những loại trục

có đường kính lớn hoặc cần lắp ổ vào ngỗng giữa sẽ khó khăn, nhiều khi không lắp được

Ổ nguyên thường chỉ dùng trong các máy làm việc gián đoạn, có vận tốc thấp, tải trọng nhỏ như tời, máy trục quay tay v v

Ổ ghép không có những nhược điểm trên, nghĩa là khe hở có thể điều chỉnh được phần nào và lắp trục cũng dễ dàng Trên hình 1-7 giới thiệu một kiểu ổ ghép thường dùng Thân ổ gồm hai nửa: nắp và đế, lót ổ cũng gồm hai nửa Dầu bôi trơn chảy theo lỗ xuyên qua nắp vào nửa trên của ổ rồi theo các rãnh dọc phân bố đều trên suốt chiều dài ngỗng trục Nắp lắp vào đế bằng bulông hoặc vít cấy

Hình 1-7: Kết cấu ổ trượt ghép thông thường Lót ổ Bề mặt ổ tiếp xúc với ngỗng trục phải làm bằng vật liệu có hệ số ma sát thấp, thường là kim loại màu đắt tiền và hiếm Để tiết kiệm kim loại màu ta dùng lót ổ Sau một thời gian làm việc lót ổ bị mòn, việc thay thế cũng dễ dàng và đỡ tốn kém hơn, vì nếu không dùng lót ổ thì phải thay cả ổ Lót ổ trong ổ nguyên có hình dạng một ống tròn (hình 1-8a) Lót ổ ghép thường là hai nửa (hình 1-8b)

Hình 1-8: Kết cấu lót ổ

Vì khi lót ổ bị mòn với chiều sâu khoảng vài ba phần mười mm là không được dùng nữa, cho nên chiều dày lớp kim loại màu giảm ma sát không cần lấy lớn Tuy nhiên, nếu chỉ làm lót ổ có chiều dày như vậy thì không đủ độ bền và rất khó chế tạo Bởi vậy lót thường được làm bằng hai loại vật liệu: nên lót ổ bằng thép hoặc gang (đối với các ổ quan trọng nền lót ổ làm bằng đồng thanh) và một lớp mỏng kim loại giảm ma sát tráng lên nền lót ổ Trong sản xuất hàng loạt nhỏ hoặc đơn chiếc còn dùng lót ổ bằng một thứ vật liệu, chế tạo tương đối đơn giản (thí dụ lót ổ bằng gang giảm ma sát, techtôlit, gỗ ép…)

Tỉ số l/d giữa chiều dài ổ với đường kính ngỗng trục cần chọn theo điều kiện làm việc cụ thể của trục Nếu yêu cầu phải hạn chế kích thước dọc trục hoặc nếu ổ

có khe hở nhỏ, làm việc với vận tốc lớn thì lấy l/d lớn Khi đường tâm trục có độ nghiêng nhỏ so với đường tâm ổ, có thể lấy l/d lớn Nếu tăng chiều dài l, áp suất trung bình trong ổ giảm, nhưng chỉ cần trục nghiêng một ít so với ổ thì áp suất sinh

ra tại vùng mép ổ sẽ rất lớn có thể làm hỏng mép ổ Ngược lại nếu lấy chiều dài ổ 1 nhỏ quá, dầu dễ chảy ra ngoài mép ổ Làm giảm khả năng tải của ổ Đối với nhiều loại máy nên lấy l/d = 0.6 ÷ 1

Khi định kết cấu của ổ trượt, phải chú ý đến hình dạng và vị trí rãnh dầu Tác dụng chủ yếu của rãnh dầu là để phân bố đều dầu bôi trơn trong ổ Rãnh dầu có thể

làm dọc theo chiều trục, vòng theo chu vi, thường dùng rãnh dọc trục, qua lỗ dầu vào

Đối với các ổ trượt được bôi trơn ma sát ướt, rãnh dầu phải ở ngoài vùng có áp suất thủy động, nếu không khả năng tải của lớp dầu sẽ giảm(hình 1-9) Để đảm bảo cung cấp dầu một cách ổn định, có thể làm thêm túi dầu(hình 1-7, 1-8b và 1.8d) Không nên kéo dài rãnh dầu ra mép ổ Đối với các rãnh dọc trục, chiều dài rãnh thường lấy bằng 0.8 chiều dài của ổ Ở những ổ chịu lực có điểm đặt cố định trên trục (do đó khi trục quay, ổ chịu lực thay đổi), nên làm rãnh dầu trên ngỗng trục

Hình 1-9: Khả năng tải của lớp dầu Hình 1-10: Các dạng mặt ngoài lót ổ

Thông thường mặt ngoài lót ổ có hình trụ Trường hợp khó đảm bảo độ đồng trục của các ổ lắp trên trục, mặt ngoài lót ổ được chế tạo thành mặt cầu (hình1-10a) hoặc mặt trụ có đường sinh ngắn (hình 1-10b)

Nhờ vậy khi trục bị nghiêng ổ có thể tự động xoay theo trục Loại ổ này được gọi là

ổ tự lựa

Điều chỉnh khe hở hoặc bù lại lượng mòn trong ổ là yêu cầu quan trọng đối với ổ của máy chính xác hoặc ổ làm việc trong điều kiện ổ bị mòn nhanh Có thể điều chỉnh khe hở của các ổ ghép (hình 1-7) bằng cách bớt các tấm đệm giữa hai nữa lót ổ và giữa nắp ổ và đế ổ Đối với một số ổ ghép khác, lót ổ được chế tạo gồm

2 – 4 miếng, điều chỉnh bằng vít hoặc chêm

Trường hợp lót ổ nguyên, mặt ngoài lót ổ được chế tạo ở hình côn, một đầu

có ren để vặn đai ốc, lỗ của thân ổ cũng có hình côn (hình 1-11) Khi cần điều chỉnh thì vặn đai ốc, lót ổ bị bóp lại Để lót ổ dễ biến dạng, mặt ngoài lót ổ được khoét bớt, chỉ để chừa lại ba gân tỳ với lỗ thân ổ (hình 1-11) Cũng có khi chế tạo lót ổ có mặt ngoài là hình côn trơn để dễ biến dạng, lót ổ được xẻ một rãnh dọc Kiểu lót ổ này chỉ dùng trong các ổ không quan trọng vì khi điều chỉnh khe hở bề mặt làm việc của ổ sẽ bị méo

Hình 1-11: Mặt ngoài lót ổ hình côn Hình 1-12: Các dạng ổ trượt chặn

Trong ổ trượt chặn mặt tựa thường có hình vành khăn Hình 1-12a trình bày một kiểu ổ trượt chặn đơn giản, có một mặt tựa, chịu lực dọc trục theo một chiều Mút của trục (ngỗng trục) tỳ vào đệm lót của ổ; mặt dưới của đệm lót có hình chỏm cầu để có thể tự lựa vị trí và dùng chốt để giữ cho không quay cùng với ngỗng trục

Trong ổ chặn hai chiều thường có lắp chặn một đĩa có hai mặt tựa (hình 12b), tùy theo chiều tác dụng của lực, một trong hai mặt tựa sẽ làm việc

1-Trường hợp lực dọc trục lớn, dùng ổ có nhiều gờ hình (1-12c) để tăng bề mặt tựa Trong ổ trượt chặn không có khe hở tự nhiên hình chêm để tạo thành chêm dầu như trong ổ trượt đỡ Vì vậy cần phải chế tạo khe hở hình chêm: trên hình vành khăn của đệm lót làm những rãnh dầu hướng tâm và vát nghiêng bề mặt đệm lót Hình 1-13a trình bày ổ trượt có mặt nghiêng vát theo một chiều làm việc với trục